KR20230041647A - 도금 장치 및 도금 방법 - Google Patents

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지안 왕
홍차오 양
자오웨이 지아
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에이씨엠 리서치 (상하이), 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 패턴 구조체를 갖는 기판 상에 금속 증착을 위한 도금 장치 및 도금 방법을 개시한다. 일 실시예에서, 도금 장치는 전해액을 수용하도록 구성된 도금조, 기판을 유지하도록 구성된 기판 유지 모듈, 및 상기 기판이 상기 전해액에 침지되는 동안 상기 기판과 함께 상기 기판 유지 모듈을 구동하여 수평으로 진동 및/또는 수직으로 진동하도록 구성된 적어도 하나의 구동 장치를 포함한다. 본 발명은 기판 유지 모듈을 진동시켜 도금하여 기판이 도금되는 동안 질량 전달을 향상시킴으로써 도금 속도를 높일 수 있고, 패턴 구조체에 균일하게 도금할 수 있다.

Description

도금 장치 및 도금 방법
본 발명은 일반적으로 반도체 디바이스 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도금 속도를 상승시키기 위해 전해액 교반을 갖는 도금 장치 및 도금 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스를 제조하기 위해, 도금 기술은 일반적으로 듀얼 다마신 공정(dual damascene process)에서 트렌치, 홀, TSV 등과 같은 상호접속 구조체에 금속 필름을 형성하기 위해, 또는 진보된 패키징 공정에서 범프 등을 형성하기 위해 사용된다. 기술이 급속도로 발전함에 따라, 도금 품질을 위해서뿐만 아니라 도금 속도를 위해 더 높은 요건이 전진된다. 도금 속도는, 더 높은 도금 속도가 더 높은 스루풋을 의미하기 때문에, 듀얼 다마신 공정 및 진보된 패키징 공정 둘 모두에 대해 점점 더 중요하다.
일반적으로, 도금 속도는 다음과 같은 인자, 예를 들어 전해액의 조성, 전해액의 온도, 전해액의 교반 등에 관련되고, 전해액의 교반(agitation)은 전해액 유속, 도금될 기판의 회전 속도, 전해액에 가해지는 진동 등에 또한 관련이 있다. 현재, 도금 속도를 높이기 위해 도금 동안 질량 전달을 향상시키기 위해 전해액의 교반을 강화하기 위한 몇 가지 방법이 있다. 한 가지 방법은 유동 전환기와 함께 유동 성형 플레이트를 사용하는 것이고, 유동 포트는 횡방향 유동을 향상시키도록 구성된다. 그러나, 이러한 방식은 도금의 높은 균일성을 얻기 위해 도금 동안 효과적인 질량 전달을 획득하기 위한 전해액 유동 역학을 제어할 수 있지만, 전해액 흐름이 기판 위의 일 측면으로부터 다른 측면으로 너무 강하면, 전해액 흐름은 전해액 내의 첨가제 분포에 영향을 미칠 것이다. 구체적으로, 유동 포트 근처의 측부에서의 전해액의 유속은 빠르고, 유동 포트로부터 멀리 떨어진 다른 측에서의 전해액의 유속은 느리다. 따라서, 기판의 중심에 걸친 전해액의 유속은 균일하지 않다. 보다 구체적으로, 전해액의 유속은 기판의 에지에 있는 유동 포트에서 강하고, 전해액의 유속은 전해액이 기판의 중심을 통해 유동 포트로부터 멀리 떨어진 기판의 다른 측면으로 흐르는 동안 점점 약해진다. 많은 첨가제는 전해액, 특히 도금 레벨러의 유속에 민감하다. 전해액의 유속이 너무 강하고 전해액의 유속의 분포가 전체 기판에 걸쳐 균일하지 않으면, 레벨러는 전해액의 유속이 더 강한 기판 표면 상에 부착하기가 더 쉬우며, 이에 따라 도금 균일성은 양호하지 않을 것이다. 한편, 반도체 디바이스 내의 마이크로 구조, 예를 들어 범프의 프로파일이 또한 영향을 받을 것이다. 범프의 프로파일은 전해액의 유속에 민감한 레벨러로 인해 경사질 것이다. 그러나, 기판을 회전시키는 것이 비-대칭성을 보상할 수 있지만, 기판의 회전 속도는 산업에서 매우 통상적인 도금 공정 동안 변하며, 이는 여전히 도금 불균일성을 초래할 것이다.
전해액의 교반을 향상시키는 다른 방법은 패들 진동을 이용하여 전해액의 교반을 향상시키는 패들(paddle)을 사용하는 것이다. 이러한 방식의 단점은, 패들이 일반적으로 확산 플레이트와 도금될 기판 사이에 설정되기 때문에, 패들의 고속 이동은 전해액 내의 기포들을 야기할 것이고, 기포들은 도금이 없는 기판 표면 상에 부착될 것이며, 여기서 도금 품질 문제가 야기될 것이다. 패들에 의해 야기되는 다른 문제는, 패들이 많은 개구들을 갖기 때문에, 개구들의 패턴 및 크기가 전기장 분포에 영향을 미칠 것이고, 이는 기판에 도금 균일성 문제를 야기할 수 있다는 것이다. 또한, 패들이 기판 표면에 인접한 유동을 교반하는데 사용될 때, 패들은 전해액 내의 전기장에 음영을 생성할 수 있고, 이는 도금된 기판에 대한 균일성 문제를 야기할 것이다.
게다가, 더 높은 도금 속도를 달성하기 위해, 전해액은 더 낮은 속도 도금 전해액과 상이한 화학식을 갖는다. 일 예로서 Cu 도금을 취하는 경우, 종래의 도금 속도는 8 ADS보다 높은 도금 속도, 보다 구체적으로 8 내지 30 ASD의 도금 속도에 대해 2 내지 5 ASD이고, 전해액에서의 Cu 이온 농도는 더 높고, 첨가제는 더욱 복잡할 것이다. 도금 속도가 높아질수록, 막 또는 범프 프로파일을 제어하는 것이 더욱 어렵다. 그리고, 디바이스 구조가 더 복잡해지기 때문에, 예컨대 하나의 다이 내에 트렌치 및 빅 패드 구조가 모두 존재하며, 레벨러는 더 강할 필요가 있다. 또한, 웨이퍼 레벨 균일성은 또한 고속 도금에 의해 제어하기가 어렵다. 도금 동안 더 나은 결과를 달성하기 위해 웨이퍼 레벨 및 다이 둘 모두에서, 전해액 내의 첨가제, 예컨대 촉진제, 레벨러 및 억제제는 서로 공동 작업할 필요가 있다.
따라서, 전해액의 교반 전류 방식에는 단점이 있다. 도금 균일성뿐만 아니라 도금 속도를 상승시키기 위한 전해액의 새로운 교반 방식을 제안할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 패턴 구조체를 갖는 기판 상에 금속 증착을 위한 도금 장치를 제공하는 것이다. 상기 도금 장치는, 전해액을 수용하도록 구성된 도금조, 기판을 유지하도록 구성된 기판 유지 모듈, 및 상기 기판이 도금될 전해액 내로 침지되는 동안 상기 기판과 함께 상기 기판 유지 모듈을 수평으로 진동 및/또는 수직으로 진동하게 구동하도록 구성된 적어도 하나의 구동 장치를 포함한다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은 패턴 구조체를 갖는 기판 상에 금속 증착을 위한 도금 방법을 제공하는 것이다. 상기 도금 방법은, 기판 유지 모듈에 기판을 로딩하여 상기 기판 유지 모듈에 의해 유지되게 하는 단계; 상기 기판을 도금조 내에 수용되는 전해액에 침지시키는 단계; 및 상기 기판이 도금될 전해액 내로 침지되는 동안 상기 기판과 함께 상기 기판 유지 모듈을 수평으로 진동 및/또는 수직으로 진동시키는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명의 목적은 패턴 구조체를 갖는 기판 상에 금속 증착을 위한 도금 장치를 제공하는 것이다. 상기 도금 장치는, 전해액을 수용하도록 구성된 도금조; 기판을 유지하도록 구성된 기판 유지 모듈; 상기 기판과 함께 상기 기판 유지 모듈을 회전하게 구동하도록 구성된 회전 액추에이터; 및 상기 회전 액추에이터가 N 턴을 회전한 다음, N 턴을 역으로 회전하게 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고, 상기 N 턴은 다수의 사이클에 대해 교대로 인가되고, N은 3.0 이하이다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은 패턴 구조체를 갖는 기판 상에 금속 증착을 위한 도금 방법을 제공하는 것이다. 상기 도금 방법은, 기판 유지 모듈에 기판을 로딩하여 상기 기판 유지 모듈에 의해 유지되게 하는 단계; 상기 기판을 도금조 내에 수용되는 전해액에 침지시키는 단계; 및 상기 기판이 도금될 전해액 내로 침지되는 동안 상기 기판과 함께 상기 기판 유지 모듈을 회전 액추에이터에 의해 회전하게 구동하는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 도금 균일성뿐만 아니라 도금 속도를 높이기 위해 질량 전달을 향상시킬 수 있는 기판과 함께 기판 유지 모듈을 진동하게 하는, 기판을 진동시키면서 전해액을 교반하는 유일한 방법을 개시한다. 또한, 상기 기판 유지 모듈의 진동이 전후 방향이기 때문에, 상기 진동 주파수가 첨가제가 패턴 구조체 내에 균일하게 분포할 정도로 충분히 빠르다. 전해액의 질량 전달 경계층은 훨씬 얇을 것이고, 패턴 구조체에 흡수되는 전해액 내의 첨가제는 매우 빠르고 균일하여, 패턴 구조체 내의 도금된 금속의 균일성이 개선되어, 필러 또는 범프 경사 문제를 극복하는 한편, 도금 속도는 훨씬 더 높을 수 있다.
도 1은 종래의 도금 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2의 (a)-(c)는 금속 증착을 수행하기 위해 종래의 도금 장치를 채용하는 동안 도금된 금속 필러 또는 범프 경사를 도시하는 개략도이다.
도 3의 (a)-(c)는 금속 증착을 수행하기 위해 종래의 도금 장치를 채용하는 동안 도금된 금속 필러 또는 범프 경사를 도시하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 도금 장치를 도시하는 개략도이다.
도 5a 및 도 5b는 전해액 교반을 구현하기 위해 상대 속도가 급격히 변하는 것을 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도금 장치를 도시하는 개략도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 도금 장치를 도시하는 개략도이다.
도 8a-8b 및 도 9a-9b는 도금 장치 수평 진동의 기판 유지 모듈을 도시하는 개략도이다.
도 10a-10b 및 도 11a-11b는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 도금 장치를 도시하는 개략도이다.
도 12a-12b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 도금 장치를 도시하는 개략도이다.
도 13a-13b 및 도 14a-14b는 도금 장치 수직 진동의 기판 유지 모듈을 도시하는 개략도이다.
도 15a-15b 및 도 16a-16b는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 도금 장치를 도시하는 개략도이다.
도 17a-17b는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 도금 장치를 도시하는 개략도이다.
도 18a-18c는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 도금 장치를 도시하는 개략도이다.
도 19a-19c 및 도 20a-20c는 도금 장치의 수평 진동 및 수직 진동의 기판 유지 모듈을 동시에 도시하는 개략도이다.
도 21은 진동의 모델 다이어그램이다.
도 22는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 도금 장치를 도시하는 개략도이다.
도 23은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 도금 장치를 도시하는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 금속 증착을 위한 종래의 도금 장치(100)를 도시한다. 도금 장치(100)는 전해액을 수용하기 위한 도금조(110), 기판(130)을 유지하고 기판(130)의 전도성 측부와 전기적으로 접속하는 기판 유지 모듈(120), 기판 유지 모듈(120)의 축을 따라 기판 유지 모듈(120)이 회전하도록 구동하기 위해 기판 유지 모듈(120)과 연결하는 회전 액추에이터(140), 도금조(110) 내에 배치되어 기판(130)의 전도성 측부와 마주하는 애노드(150), 기판 유지 모듈(120) 애노드(150)와 전기적으로 연결되는 전원 공급부(160)를 구비한다. 도금 장치(100)는 도금조(110)로부터 오버플로우된 전해액을 수용하기 위해 도금조(110) 주위에 배치되는 그루브(170)를 더 구비한다. 도금 장치(100)는 탱크(190)를 더 구비한다. 그루브(170) 및 탱크(190)에는 배관(180)이 연결되고, 탱크(190)는 다른 배관(180)에 의해 도금조(110)에 연결된다.
도금 장치(100)가 패턴 구조체(131)를 갖는 기판(130) 상에 금속을 증착하기 위해 사용될 때, 회전 액추에이터(140)는 기판 유지 모듈(120)의 축을 따라 회전하도록 기판 유지 모듈(120)을 구동하여 전해액은 도금조(110)의 중심으로부터 공급되고 기판(130)의 중심을 통해 기판(130)의 에지로 흐른다. 일반적으로, 기판(130) 상에 금속을 증착하기 위해, 레벨러(leveler), 촉진제(accelerator), 억제제(suppressor) 등과 같은 다양한 첨가제가 전해액에 첨가된다. 그 점에서, 일부 첨가제는 전해액의 유속에 민감하다. 예를 들어, Cu 도금의 전해액에서, 레벨러는 전해액의 유속이 더 강한 기판 표면 상에 접착되기 쉬우며, 이에 따라 레벨러가 도금 동안 주요 역할을 할 때, 레벨러는 기판(130)의 중심으로부터 에지까지 흐르는 전해질에 의해 유도되는 패턴 구조체(131)의 일측부에 더 많이 머물 기회가 있어, 레벨러가 패턴 구조체(131)에 불균일하게 분포되어, 도 2의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 패턴 구조체(131)에 불균일한 금속 증착을 야기하여, 금속 필러 또는 범프 경사를 야기한다. 또 다른 예로서, Cu 도금을 위한 전해액에서, 촉진제는 전해액의 유속에 더 민감하다. 촉진제는 전해액의 유속이 더 강한 기판 표면 상에 더 쉽게 접착한다. 다른 실시예에서, 촉진제가 도금 동안 주요 역할을 할 때, 촉진제는 기판(130')의 중심으로부터 에지로 흐르는 전해액에 의해 유도된 기판(130') 상의 패턴 구조체(131')의 일측부에 더 많이 머물 기회가 있어, 촉진제가 패턴 구조체(131')에서 불균일하게 분포되어, 도 3의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 패턴 구조체(131)에 불균일한 금속 증착을 야기하여, 금속 필러 또는 범프 경사를 야기한다. 경사는 도금이 높을 때 더 클 것이다. 높은 도금 속도에서의 더 양호한 범프 프로파일을 성취하기 위해서는 새로운 기술이 필요하다.
상기 문제점을 해결하고 기판 상의 패턴 구조체에서 균일한 금속 증착을 얻기 위해, 본 발명은 레벨러, 촉진제 및 억제제와 같은 첨가제가 패턴 구조체에 균일하게 분포되게 하여, 기판이 도금될 전해액에 침지되는 동안 기판과 함께 기판 유지 모듈이 진동하도록 구동함으로써 한 위치에 더 이상 모으지 않으므로, 도금된 금속 필러 또는 범프의 경사를 감소시키고 패턴 구조체에서 균일한 금속 증착을 얻을 수 있는 도금 장치 및 도금 방법을 개시한다. 높은 주파수 진동은 전해액 경계층 두께를 감소시킬 수 있다. 더 얇은 경계층 두께는 더 높은 질량 전달 속도를 달성할 수 있고, 금속 증착 속도는 더 높을 수 있다.
도 4를 참조하면, 패턴 구조체를 갖는 기판 상에 금속 증착을 위한 도금 장치가 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 도시된다. 도금 장치(400)는 전해액을 수용하도록 구성된 도금조(401), 기판(403)을 유지하고 기판(403)의 전도성 측부와 전기적으로 접속하는 기판 유지 모듈(402), 기판 유지 모듈(402)의 축을 따라 기판 유지 모듈(402)이 회전하게 구동하도록 구성된 회전 액추에이터(404), 기판 유지 모듈(402)을 수평으로 진동 및/또는 수직으로 진동시키도록 기판 유지 모듈(402)을 구동하도록 구성된 적어도 하나의 구동 장치(405)를 구비한다. 구동 장치(405)는 모터, 실린더 또는 진동기일 수 있다. 도금 장치(400)는 도금조(401) 내에 배치되고 기판(403)의 전도성 측부와 마주하는 적어도 하나의 애노드(406), 기판 유지 모듈(402) 및 애노드(4062)와 전기적으로 접속하는 전원 공급부(407)를 더 구비한다. 그루브(408)는 도금조(40)으로부터 오버플로우된 전해액을 수용하기 위해 도금조(401) 주위에 배치된다. 도금 장치(400)는 탱크(410)를 더 갖는다. 배관(409)은 그루브(408) 및 탱크(410)에 연결되고, 탱크(410)는 다른 배관(409)에 의해 도금조(401)에 연결된다.
도 5a 및 도 5b와 결합하면, 기판(403)은 패턴 구조체(4031)를 갖는다. 도금 장치(400)가 패턴 구조체(4031)에 금속을 증착하기 위해 사용될 때, 기판(403)은 기판 유지 모듈(402)에 의해 수평으로 유지되고, 그 후 기판(403)은 도금을 위해 전해액 내로 침지되고, 동시에 구동 장치(405)는 기판 유지 모듈(402)뿐만 아니라 기판(403)을 구동하여 왕복 운동을 수행함으로써, 수평 진동 및/또는 수직 진동을 포함하는 전해액을 교반하여, 금속 이온, 레벨러, 촉진제, 및 억제제와 같은 첨가제가 패턴 구조체(4031) 내에 균일하게 분포될 수 있도록 질량 전달을 향상시킬 수 있어, 기판(403)이 도금될 전해액에 침지되는 동안 더 이상 일 위치에 모이지 않아, 도금된 금속 필러 또는 범프의 경사를 감소시키고, 패턴 구조체(4031)에서 균일한 금속 증착을 얻을 수 있다. 구체적으로, 회전 액추에이터(404)는 기판(403)이 도금될 전해액 내로 침지되는 동안 기판 유지 모듈(402)의 축을 따라 기판 유지 모듈(402)이 회전하게 구동한다. 전해액은 도금조(401)의 중심으로부터 공급되어 기판(403)의 중심을 통해 유속(V2)으로 기판(403)의 에지로 흐른다. 구동 장치(405)는 기판(403)뿐만 아니라 기판 유지 모듈(402)을 구동하여 진동 속도(V1)로 수평으로 진동한다. V1은 0.2V2 이상이고, 바람직하게 V1은 V2보다 크고, V1은 V2보다 2배 더 크다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 진동 방향이 전해액의 유동 방향과 반대일 때, 상대 속도(V)는 V1 + V2와 같다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 진동 방향이 전해액의 유동 방향과 동일할 때, 상대 속도(V)는 V1 - V2이다. 상대 속도(V)는 기판 유지 모듈(402)의 수평 진동에 의해 급격히 변화하며, 이는 전해액의 교반을 실현하여 질량 전달을 향상시키고, 패턴 구조체(4031) 내의 첨가제의 분포 균일성을 개선하고, 도금 속도 및 도금 균일성을 더욱 개선한다.
도 6을 참조하면, 패턴 구조체를 갖는 기판 상에 금속 증착을 위한 도금 장치가 본 발명의 다른 실시예에 따라 도시된다. 도금 장치(600)는 전해액을 수용하도록 구성된 도금조(601), 기판(603)을 유지하도록 구성된 기판 유지 모듈(602), 기판 유지 모듈(602)을 수평으로 진동 및/또는 수직으로 진동하게 구동하도록 구성된 적어도 하나의 구동 장치(605)를 갖는다. 구동 장치(605)는 모터, 실린더 또는 진동기일 수 있다. 도금 장치(600)는 도금조(601) 내에 배치되고 기판(603)의 전도성 측부와 마주하는 적어도 하나의 애노드(606), 기판(603)의 전도성 측부 및 애노드(606)와 전기적으로 접속하는 전원 공급부(607)를 더 구비한다. 그루브(608)는 도금조(60)로부터 오버플로우된 전해액을 수용하기 위해 도금조(601) 주위에 배치된다. 도금 장치(600)는 탱크(610)를 더 갖는다. 배관(609)은 그루브(608) 및 탱크(610)에 연결되고, 탱크(610)는 다른 배관(609)에 의해 도금조(601)에 연결된다.
이러한 실시예에서, 패턴 구조체를 갖는 기판(603)은 기판 유지 모듈(602)에 의해 수직으로 유지된다. 기판 유지 모듈(602) 및 기판(603)은 패턴 구조체에서 금속을 증착하기 위해 전해액에 수직으로 침지된다. 도금 동안, 구동 장치(605)는 기판 유지 모듈(602)뿐만 아니라 기판(603)을 구동하여 수평 진동 및/또는 수직 진동을 포함하는 전해액을 교반하기 위해 왕복 운동을 수행하며, 이는 레벨러, 촉진제, 억제제와 같은 첨가제가 패턴 구조체에서 균일하게 분포될 수 있어, 기판(603)이 도금될 전해액 내로 침지되는 동안 일 위치에서 더 이상 모이지 않아, 도금된 금속 필러 또는 범프의 경사를 감소시키고, 패턴 구조체에서 균일한 금속 증착을 얻을 수 있다.
도 7a-9b를 참조하면, 패턴 구조체를 갖는 기판 상의 금속 증착을 위한 도금 장치가 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 도금 장치(700)는 도금조(701), 기판 유지 모듈, 진동 플레이트(715), 장착 플레이트(716), 지지 페데스탈(717) 및 구동 장치(705)를 구비한다. 기판 유지 모듈은 기판 홀더(702), 지지 칼럼(712), 고정 장치(713), 브래킷(714) 및 회전 액추에이터(704)를 더 구비한다.
도금조(701)은 전해액을 수용하도록 구성된다. 도금조(701)은 전기도금을 위한 애노드 챔버 및 캐소드 챔버를 구비할 수 있다. 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 멤브레인 프레임 상에 위치된 멤브레인에 의해 분리된다. 애노드 챔버는 다수의 애노드 존으로 분할될 수 있고, 각각의 애노드 존은 독립적으로 제어되는 전원 공급부에 연결된 애노드를 수용한다. 애노드는 Pt 코팅을 갖는 구리(Cu), Ti 또는 Ti 플레이트와 같은 재료로 이루어질 수 있다. 복수의 작은 개구를 갖는 적어도 하나의 확산 플레이트(711)는 전계의 균일한 제어 및 전해액 균일 제어의 흐름을 위해 캐소드 챔버 내에 배치된다. 캐소드 챔버로부터 오버플로우된 전해액을 수용하기 위해 캐소드 챔버 주위에 그루브(708)가 배치된다.
기판 홀더(702)는 기판을 유지하도록 구성된다. 지지 칼럼(712)은 기판 홀더(702) 및 고정 장치(713)에 연결된다. 브래킷(714)은 고정 장치(713)의 일측부에 고정된다. 진동 플레이트(715)은 기판 유지 모듈을 지지하도록 구성된다. 진동 플레이트(715)의 일 단부는 브래킷(714)에 연결되고, 진동 플레이트(715)의 다른 단부는 장착 플레이트(716)에 연결된다. 장착 플레이트(716)는 지지 페데스탈(717) 상에 배치된다. 장착 플레이트(716)는 진동 플레이트(715)가 상하로 이동하도록 수직 액추에이터에 의해 구동되는 지지 페데스탈(717)를 따라 상하로 이동할 수 있다. 진동 플레이트(715)은 고유 진동수를 갖는다. 회전 액추에이터(704)는 고정 장치(713) 상에 배치되고, 기판 홀더(702)를 회전하게 구동하도록 구성된다. 구동 장치(705)는 브래킷(714) 상에 배치되고, 기판 유지 모듈을 진동 플레이트(715)의 고유 진동수로 수평으로 진동 또는 공진하게 구동하도록 구성된다. 구동 장치(705)는 관성 진동기와 같은 진동기일 수 있다.
도 8a-8b 및 도 9a-9b에 도시된 바와 같이, 구동 장치(705)는 기판이 도금될 전해액 내로 침지되는 동안 기판 홀더(702)를 수평으로 진동하도록 구동할 수 있다. 기판 홀더(702)는 구동 장치(705)의 구동에 의해 왕복 운동을 수행할 수 있다. 한 쌍의 제한 정지 부재(718)는 브래킷(714)이 장착 플레이트(716)에 충돌하는 것을 방지하기 위해 기판 유지 모듈의 진폭을 제한하도록 구성된다. 한 쌍의 제한 정지 부재(718)는 연질 고무로 제조될 수 있다. 한 쌍의 제한 정지 부재(718)는 브래킷(714)에 배치되어 진동 플레이트(715)의 양측부에 각각 위치된다. 다른 실시예에서, 한 쌍의 제한 정지 부재(718)는 장착 플레이트(716) 상에 배치되어 진동 플레이트(715)의 양측부에 각각 위치된다.
기판 유지 모듈의 진폭은 패턴 구조체의 크기와 관련된다. 바람직하게, 기판 유지 모듈의 진폭은 패턴 구조체에서의 금속 증착에 대한 진동 효과를 개선하기 위해 패턴 구조체의 크기보다 더 크다. 기판 유지 모듈의 진폭은 25㎛ 내지 2000㎛, 바람직하게 100㎛ 내지 500㎛로 설정될 수 있다.
기판 유지 모듈의 진동 주파수는 기판 유지 모듈의 진폭 및 기판 유지 모듈의 진동 속도와 관련된다. 또한, 기판 유지 모듈의 진동 속도는 전해액의 유속과 관련된다. 바람직하게, 기판 유지 모듈의 진동 속도는 전해액의 중심으로부터 에지까지의 유속보다 크다. 일반적으로, 전해액의 유속은 0.01m/s 내지 0.2m/s로 설정되며, 이는 전해액 공급의 초기 유속에 의존한다. 기판 유지 모듈의 진동 주파수는 연산식, 즉
Figure pct00001
에 의해 연산될 수 있으며, 여기서, f는 기판 유지 모듈의 진동 주파수이고, V1은 기판 유지 모듈의 진동 속도이고, A는 기판 유지 모듈의 진폭이다. 예를 들어, 설정된 V1은 0.02 m/s이고, A는 0.5 mm이고, f는 10 Hz로 연산된다. 이러한 주파수는 기판 유지 모듈 및 보다 구체적으로 캔틸레버 구조인 진동 플레이트(715)의 공진 주파수이고, 또한 진동 플레이트(715)의 고유 진동수이며, 구동 장치(705)의 시작 주파수이다. 관성 진동기 작동 주파수는 0.1 Hz 내지 500 Hz로 설정될 수 있다. 그리고 바람직하게, 이는 진동 플레이트(715)의 공진 주파수와 동일하게 설정되며, 이는 진동 플레이트(715)를 구동하는 최소의 에너지를 필요로 한다.
도 21을 참조하면, 진동의 모델 다이어그램이 도시된다. 모델 다이어그램 및 하기의 연산식을 조합하면, 진동 플레이트(715)의 크기가 얻어질 수 있다.
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
연산식(1)-(4)에서, f는 기판 유지 모듈의 진동 주파수이고, m은 기판 유지 모듈의 중량, k는 진동 플레이트의 강성 계수, E는 진동 플레이트의 탄성 계수, H는 진동 플레이트의 단면 폭, B는 진동 플레이트의 단면 높이, L은 진동 플레이트의 길이이다.
연산식 (1)-(4)에 기초하여, 진동 플레이트(715)의 크기가 얻어질 수 있다. 일부 예는 하기 표에 제공된다.
Figure pct00006
도 10a-11b를 참조하면, 패턴 구조체를 갖는 기판 상의 금속 증착을 위한 도금 장치가 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따딸 도시된다. 도 7a-9b에 도시된 도금 장치와 비교하면, 이러한 실시예에서, 구동 장치(705')는 기판 유지 모듈을 구동하여 진동 플레이트(715)와 공진하여 수평으로 진동하는 한 쌍의 모터 또는 실린더일 수 있다. 한 쌍의 모터 또는 실린더는 브래킷(714) 상에 배치되어 진동 플레이트(715)의 양측부에 각각 위치될 수 있다. 또는, 한 쌍의 모터 또는 실린더는 장착 플레이트(716) 상에 배치되어 진동 플레이트(715)의 양측부에 각각 위치될 수 있다.
도 12a-14b를 참조하면, 패턴 구조체를 갖는 기판 상에 금속 증착을 위한 도금 장치가 본 발명의 다른 실시예에 따라 도시된다. 도금 장치(1200)는 도금조(1201), 기판 유지 모듈, 한 쌍의 진동 플레이트(1215), 장착 플레이트(1216), 지지 페데스탈(1217) 및 구동 장치(1205)를 구비한다. 기판 유지 모듈은 기판 홀더(1202), 지지 칼럼(1212), 고정 장치(1213), 브래킷(1214), 회전 액추에이터(1204), 수직 연결 부재(1219), 수평 연결 부재(1220), 탄성 연결 부재(1221) 및 프레임(1222)을 더 구비한다.
도금조(1201)은 전해액을 수용하도록 구성된다. 도금조(1201)은 전기도금을 위한 애노드 챔버 및 캐소드 챔버를 구비할 수 있다. 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 멤브레인 프레임 상에 위치된 멤브레인에 의해 분리된다. 애노드 챔버는 다수의 애노드 존으로 분할될 수 있고, 각각의 애노드 존은 독립적으로 제어되는 전원 공급부에 연결된 애노드를 수용한다. 애노드는 Pt 코팅을 갖는 구리(Cu), Ti 또는 Ti 플레이트와 같은 재료로 제조될 수 있다. 복수의 작은 개구를 갖는 적어도 하나의 확산 플레이트(1211)는 전계 균일 제어 및 전해액 균일 제어의 흐름을 위해 캐소드 챔버 내에 배치된다. 캐소드 챔버로부터 오버플로우된 전해액을 수용하기 위해 캐소드 챔버 주위에 그루브(1208)가 배치된다.
기판 홀더(1202)는 기판을 유지하도록 구성된다. 지지 칼럼(1212)은 기판 홀더(1202) 및 고정 장치(1213)에 연결된다. 브래킷(1214)은 실질적으로 U-자형이고, 한 쌍의 아암 및 베이스부를 갖는다. 브래킷(1214)의 한 쌍의 아암은 고정 장치(1213)의 양측부에 배치되어 한 쌍의 진동 플레이트(1215)에 각각 연결된다. 한 쌍의 진동 플레이트(1215)은 고정 장치(1213)의 양측부에 연결된다. 브래킷(1214)의 베이스부는 장착 플레이트(1216)에 연결된다. 장착 플레이트(1216)는 지지 페데스탈(1217) 상에 배치된다. 장착 플레이트(1216)는 기판 유지 모듈이 상하로 이동하도록 수직 액추에이터에 의해 구동되는 지지 페데스탈(1217)을 따라 상하로 이동할 수 있다. 기판 유지 모듈이 쳐지는 것을 방지하기 위해, 수직 연결 부재(1219)는 브래킷(1214)의 베이스부 및 수평 연결 부재(1220)에 연결되고, 수평 연결 부재(1220)는 탄성 연결 부재(1221)에 연결되고, 탄성 연결 부재(1221)는 고정 장치(1213)에 고정된 프레임(1222)에 연결된다. 회전 액추에이터(1204)는 고정 장치(1213) 상에 배치되어 기판 홀더(1202)가 회전하게 구동하도록 구성된다.
구동 장치(1205)는 고정 장치(1213) 상에 배치되고, 도 13a-13b 및 도 14a-14b에 도시된 바와 같이, 기판이 도금되는 동안 진동 플레이트(1215)의 고유 주파수로 수직으로 진동 또는 공진하기 위해 기판 유지 모듈을 구동하도록 구성된다. 구동 장치(1205)는 진동기일 수 있다.
높은 주파수에서 상하로 이동하는 기판 홀더(1202)는 기판과 확산 플레이트(1211) 사이의 공간에서 강한 교반 효과를 발생시킬 수 있다. 기판 홀더(1202)가 고속으로 아래로 이동할 때, 상기 공간 내의 액체 압력은 급속하게 증가될 것이고 전해액은 그 압력에 의해 패턴 구조체로 구동될 것이다. 그 후, 패턴 구조체에서의 미세 방식의 액체 유동 속도는 매우 높고, 첨가제는 패턴 구조체 내로 균일하게 침투할 것이고, 이는 범프 경사 문제를 극복하는 것을 도울 것이다. 그리고, 또 다른 측면에서, 기판 홀더(1202)가 위로 이동할 때, 상기 공간은 더 클 것이고 증가하게 될 것이고, 상기 공간 내의 액체 압력은 신속하게 감소될 것이다. 마이크로 패턴 구조체 내의 액체는 드래그 아웃될 것이다. 상하 운동의 빠른 속도에서, 액체 압력은 급격히 변화된다. 패턴 구조체에서의 질량 전달 속도는 향상될 것이다.
도 15a-16b를 참조하면, 패턴 구조체를 갖는 기판 상의 금속 증착을 위한 도금 장치가 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 도 12a-14b에 도시된 도금 장치와 비교하면, 이러한 실시예에서, 구동 장치(1205')는 기판 유지 모듈을 구동하여 진동 플레이트(1215)와 공진하면서 수직으로 진동하는 모터 또는 실린더일 수 있다. 모터 또는 실린더는 수평 연결 부재(1220) 상에 배치될 수 있다.
도 17a-17b를 참조하면, 패턴 구조체를 갖는 기판 상의 금속 증착을 위한 도금 장치가 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 도금 장치(1700)는 도금조(1701), 기판 유지 모듈, 진동 플레이트(1715), 장착 플레이트(1716), 지지 페데스탈(1717) 및 수직 액추에이터를 구비한다. 기판 유지 모듈은 기판 홀더(1702), 지지 칼럼(1712), 고정 장치(1713) 및 회전 액추에이터(1704)를 더 구비한다.
도금조(1701)는 전해액을 수용하도록 구성된다. 도금조(1701)는 전기도금을 위한 애노드 챔버 및 캐소드 챔버를 구비할 수 있다. 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 멤브레인 프레임 상에 위치된 멤브레인에 의해 분리된다. 애노드 챔버는 다수의 애노드 존으로 분할될 수 있고, 각각의 애노드 존은 독립적으로 제어되는 전원 공급부에 연결된 애노드를 수용한다. 애노드는 Pt 코팅을 갖는 구리(Cu), Ti 또는 Ti 플레이트와 같은 재료로 제조될 수 있다. 복수의 작은 개구를 갖는 적어도 하나의 확산 플레이트(1711)는 전계 균일 제어 및 전해액 균일 제어의 유동을 위해 캐소드 챔버 내에 배치된다. 캐소드 챔버로부터 오버플로우된 전해액을 수용하기 위해 캐소드 챔버 주위에 그루브(1708)가 배치된다.
기판 홀더(1702)는 기판을 유지하도록 구성된다. 지지 칼럼(1712)은 기판 홀더(1702) 및 고정 장치(1713)에 연결된다. 진동 플레이트(1715)은 고정 장치(1713)의 측부 및 장착 플레이트(1716)에 연결된다. 장착 플레이트(1716)는 지지 페데스탈(1717) 상에 배치된다. 장착 플레이트(1716)는 기판 유지 모듈이 상하로 이동하도록 수직 액추에이터에 의해 구동되는 지지 페데스탈(1717)을 따라 상하로 이동할 수 있다. 회전 액추에이터(1704)는 고정 장치(1713) 상에 배치되어 기판 홀더(1702)가 회전하게 구동하도록 구성된다.
이러한 실시예에서, 수직 액추에이터는 구동 장치로서 작동되고, 기판이 도금되는 동안 진동 플레이트(1715)의 고유 주파수로 기판 유지 모듈이 수직으로 진동 또는 공진하게 구동하도록 구성된다.
도 18a 내지 도 20c를 참조하면, 패턴 구조체를 갖는 기판 상에 금속 증착을 위한 도금 장치가 본 발명의 다른 실시예에 따라 도시된다. 도금 장치(1800)는 도금조(1801), 기판 유지 모듈, 제1 진동 플레이트(18151), 한 쌍의 제2 진동 플레이트(18152), 장착 플레이트(1816), 지지 페데스탈(1817) 및 제1 구동 장치(1805)를 구비한다. 기판 유지 모듈은 기판 홀더(1802), 지지 칼럼(1812), 고정 장치(1813), 브래킷(1814) 및 회전 액추에이터(1804)를 더 구비한다.
도금조(1801)은 전해액을 수용하도록 구성된다. 도금조(1801)은 전기도금을 위한 애노드 챔버 및 캐소드 챔버를 구비할 수 있다. 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 멤브레인 프레임 상에 위치된 멤브레인에 의해 분리된다. 애노드 챔버는 다수의 애노드 존으로 분할될 수 있고, 각각의 애노드 존은 독립적으로 제어되는 전원 공급부에 연결된 애노드를 수용한다. 애노드는 Pt 코팅을 갖는 구리(Cu), Ti 또는 Ti 플레이트와 같은 재료로 제조될 수 있다. 복수의 작은 개구를 갖는 적어도 하나의 확산 플레이트(1811)가 전계 균일 제어 및 전해액 균일 제어의 유동을 위해 캐소드 챔버 내에 배치된다. 캐소드 챔버로부터 오버플로우된 전해액을 수용하기 위해 캐소드 챔버 주위에 그루브(1808)가 배치된다.
기판 홀더(1802)는 기판을 유지하도록 구성된다. 지지 칼럼(1812)은 기판 홀더(1802) 및 고정 장치(1813)에 연결된다. 브래킷(1814)은 실질적으로 U-자형이고 한 쌍의 아암 및 베이스부를 갖는다. 브래킷(1814)의 한 쌍의 아암은 고정 장치(1813)의 양측부에 각각 배치되어 한 쌍의 제2 진동 플레이트(18152)에 각각 연결된다. 한 쌍의 제2 진동 플레이트(18152)은 고정 장치(1813)의 양측부에 연결된다. 브래킷(1814)의 베이스부는 제1 진동 플레이트(1815)의 일 단부에 연결된다. 제1 진동 플레이트(18151)의 다른 단부는 장착 플레이트(1816)에 연결된다. 장착 플레이트(1816)는 지지 페데스탈(1817) 상에 배치된다. 장착 플레이트(1816)는 수직 액추에이터에 의해 지지 페데스탈(1817)을 따라 상하로 이동하여, 기판 유지 모듈이 상하로 이동하게 할 수 있다. 회전 액추에이터(1804)는 고정 장치(1813) 상에 배치되어 기판 홀더(1802)가 회전하게 구동하도록 구성된다.
제1 구동 장치(1805)는 브래킷(1814)의 베이스부 상에 배치되어 제1 진동 플레이트(18151)의 고유 진동수로 기판 유지 모듈이 수평으로 진동 또는 공진하게 구동하도록 구성된다. 수직 액추에이터는 제2 구동 장치로서 작용하며, 한 쌍의 제2 진동 플레이트(18152)의 고유 진동수로 기판 유지 모듈이 수직으로 진동 또는 공진하게 구동하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 기판 유지 모듈은 기판이 도금되는 동안 제1 구동 장치(1805) 및 수직 액추에이터에 의해 동시에 수평으로 진동 및 수직으로 진동하도록 구동될 수 있다.
도 22를 참조하면, 패턴 구조체를 갖는 기판 상에 금속 증착을 위한 도금 장치가 본 발명의 다른 실시예에 따라 도시된다. 도금 장치(2200)는 도금조(2201), 기판 유지 모듈, 장착 플레이트(2216), 지지 페데스탈(2217) 및 구동 장치(2205)를 구비한다. 기판 유지 모듈은 기판 홀더(2202), 지지 칼럼(2212), 연결 플레이트(2225), 고정 장치(2213), 브래킷(2214), 회전 액추에이터(2204), 샤프트(2223), 베어링(2224) 및 한 쌍의 탄성 부재(2226)를 더 구비한다.
도금조(2201)는 전해액을 수용하도록 구성된다. 도금조(2201)는 전기도금을 위한 애노드 챔버 및 캐소드 챔버를 구비할 수 있다. 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 멤브레인 프레임 상에 위치된 멤브레인에 의해 분리된다. 애노드 챔버는 다수의 애노드 존으로 분할될 수 있고, 각각의 애노드 존은 독립적으로 제어되는 전원 공급부에 연결된 애노드를 수용한다. 애노드는 Pt 코팅을 갖는 구리(Cu), Ti 또는 Ti 플레이트와 같은 재료로 제조될 수 있다. 복수의 작은 개구를 갖는 적어도 하나의 확산 플레이트(2211)는 전계 균일 제어 및 전해액 균일 제어의 흐름을 위해 캐소드 챔버 내에 배치된다. 캐소드 챔버로부터 오버플로우된 전해액을 수용하기 위해 캐소드 챔버 주위에 그루브(2208)가 배치된다.
기판 홀더(2202)는 기판을 유지하도록 구성된다. 지지 칼럼(2212)은 기판 홀더(2202) 및 연결 플레이트(2225)에 연결된다. 회전 액추에이터(2204)는 고정 장치(2213) 상에 배치된다. 샤프트(2223)는 고정 장치(2213)를 통과한다. 샤프트(2223)의 일 단부는 회전 액추에이터(2204)에 연결되고, 샤프트(2223)의 다른 단부는 베어링(2224)에 의해 연결 플레이트(2225)에 연결된다. 한 쌍의 탄성 부재(2226)는 샤프트(2223) 및 연결 플레이트(2225)에 연결된다. 브래킷(2214)은 고정 장치(2213)의 일측부에 고정되어 장착 플레이트(2216)에 연결된다. 장착 플레이트(2216)는 지지 페데스탈(2217) 상에 배치된다. 장착 플레이트(2216)는 기판 유지 모듈을 상하로 이동시키도록 수직 액추에이터에 의해 지지 페데스탈(2217)를 따라 상하로 이동할 수 있다. 구동 장치(2205)는 연결 플레이트(2225) 상에 배치된다.
도금 동안, 회전 액추에이터(2204)는 회전 속도(w1)로 회전하도록 샤프트(2223)를 구동한다. 한 쌍의 탄성 부재(2226)가 샤프트(2223) 및 연결 플레이트(2225)에 연결되기 때문에, 지지 칼럼(2212) 및 연결 플레이트(2225)뿐만 아니라 기판 홀더(2202)는 회전 속도(w1)로 샤프트(2223)와 함께 회전한다. 기판 홀더(2202)가 도금을 위해 회전하는 동안, 구동 장치(2205)는 기판 홀더(2202)뿐만 아니라 지지 칼럼(2212) 및 연결 플레이트(2225)를 회전 속도(w2)(바람직하게, w2는 w1보다 큼)로 시계방으로 회전시키고 반시계방향으로 회전시켜서, 기판 홀더(2202)의 회전 속도는 전해액의 교반을 구현하기 위해 신속하게 변경될 수 있다. 따라서, 도금 균일성 및 도금 속도가 향상될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 기판이 도금될 전해질에 침지되는 동안에 기판이 진동하게 구동하는 적어도 하나의 구동장치를 채용하여, 마이크로구조체 내에 첨가제가 균일하게 분포되게 하여 마이크로그조체 내의 도금된 금속의 균일성이 개선된다. 또한, 종래 기술에서 전해액을 교반하기 위해 패들을 사용하는 것과 비교하면, 본 발명이 기판과 확산 플레이트 사이에 설정된 패들과 같은 쉘터(shelter)가 없기 때문에, 전기장 분포가 더욱 균일하고, 본 발명에서 "음영(shadow)" 문제가 없다.
또한, 본 발명은 패턴 구조체를 갖는 기판 상의 금속 증착을 위한 도금 방법으로서,
기판 유지 모듈에 기판을 로딩하여 상기 기판 유지 모듈에 의해 유지되게 하는 단계;
상기 기판을 도금조 내에 수용되는 전해액에 침지시키는 단계; 및
상기 기판이 도금될 전해액 내로 침지되는 동안 상기 기판과 함께 상기 기판 유지 모듈을 수평으로 진동 및/또는 수직으로 진동시키는 단계
를 포함하는, 도금 방법을 제공한다.
일 실시예에서, 상기 기판은 상기 기판 유지 모듈에 의해 수직으로 유지된다.
일 실시예에서, 상기 기판은 상기 기판 유지 모듈에 의해 수직으로 유지되고, 상기 기판 유지 모듈 및 상기 기판은 상기 전해액 내로 수직으로 침지된다.
일 실시예에서, 상기 전해액은 유속(V2)을 갖고, 상기 기판뿐만 아니라 상기 기판 유지 모듈은 진동 속도(V1)로 진동하도록 구동되고, 상기 V1은 0.2V2 이상이다.
일 실시예에서, 상기 기판 유지 모듈의 진동 주파수는 0.1Hz 내지 500Hz로 설정된다.
일 실시예에서, 상기 기판 유지 모듈의 진폭은 상기 기판 상의 패턴 구조체의 크기보다 크다.
일 실시예에서, 상기 기판 유지 모듈의 진폭은 25㎛ 내지 2000㎛로 설정된다.
일 실시예에서, 상기 기판이 도금될 전해액 내로 침지되는 동안 상기 기판이 회전하도록 구동하는 단계를 더 포함한다.
도 23을 참조하면, 패턴 구조체를 갖는 기판 상에 금속 증착을 위한 도금 장치가 본 발명의 일 실시예에 따라 도시된다. 도금 장치(2300)는 전해액을 수용하도록 구성된 도금조(2301), 기판(2303)을 유지하고 기판(2303)의 전도성 측부와 전기적으로 연결하는 기판 유지 모듈(2302), 기판 유지 모듈(2302)의 축을 따라 기판 유지 모듈(2302)이 회전하게 구동하도록 구성된 회전 액추에이터(2304)를 구비한다. 도금 장치(2300)는 회전 액추에이터(2304)에 연결되고 회전 액추에이터(2304)가 N 턴을 회전한 다음, N 턴을 역으로 회전하게 제어하도록 구성된 제어기를 더 구비하며, N 턴은 다수의 사이클에 대해 교대로 적용된다. N은 3.0 이하이다. 바람직하게, N은 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 및 3.0이다. 제어기(2330)는 회전 액추에이터(2304)의 회전 속도가 120 rpm 미만인 것을 제어한다. 도금 장치(2300)는 도금조(2301) 내에 배치되고 기판(2303)의 전도성 측부와 마주하는 적어도 하나의 애노드(2306), 기판 유지 모듈(2302) 및 애노드(2306)와 전기적으로 연결하는 전원 공급부(2307)를 더 구비한다. 그루브(2308)는 도금조(2301)로부터 오버플로우된 전해액을 수용하기 위해 도금조(2301) 주위에 배치된다. 도금 장치(2300)는 탱크(2310)를 더 갖는다. 배관(2309)은 그루브(2308) 및 탱크(2310)에 연결되고, 탱크(2310)는 다른 배관(2309)에 의해 도금조(2301)에 연결된다.
이러한 실시예에서, 도금 동안, 본 발명은 회전 액추에이터(2304)가 N 턴을 회전한 다음, N 턴을 역으로 회전하게 제어하도록 구성된 제어기(2330)를 채용하며, N 턴은 다수의 사이클에 대해 교대로 적용되고, N은 3.0 이하이므로, 패턴 구조체에서의 도금된 금속의 균일성을 개선한다. 그 회전 방향이 기판 표면에서 전해액을 변경하는 동안, 기판의 진동 이동의 높은 주파수는 극적으로 변경될 것이다. 회전 액추에이터가 시계방향으로부터 반시계방향으로 극적으로 변경하는 것은, 기판 표면에서의 강한 줄무늬(striation)와 같은 교반을 향상시키는 난류 상태에서 액체 모션을 생성할 수 있다. 회전 액추에이터는 점 대 점 위치 제어 모드로 제어된다.
또한, 본 발명은 패턴 구조체를 갖는 기판 상에 금속 증착을 위한 도금 방법으로서,
기판 유지 모듈에 기판을 로딩하여 상기 기판 유지 모듈에 의해 유지되게 하는 단계;
상기 기판을 도금조 내에 수용되는 전해액에 침지시키는 단계;
상기 기판이 도금될 전해액 내로 침지되는 동안 상기 기판과 함께 상기 기판 유지 모듈을 회전 액추에이터에 의해 회전하게 구동하는 단계; 및
상기 회전 액추에이터를 N 턴으로 회전한 다음, N 턴으로 역으로 회전하게 제어하는 단계
를 포함하고, 상기 N 턴은 다수의 사이클에 대해 교대로 인가되고, N은 3.0 이하인, 도금 방법을 제공한다.
일 실시예에서, N은 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 및 3.0이다. N이 0.5와 동일할 때, 기판 유지 모듈은 0도로부터 180도까지 회전할 것이고, 그 다음 다시 회전할 것이다. 회전 속도는 동일하고, 주파수는 매우 높다. 기판 유지 모듈이 180도 미만으로 회전하면, 기판 표면 상에 비대칭 도금 속도가 있을 것이다. 따라서, 회전 사이클은 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 및 3.0일 필요가 있다. N이 3.0보다 더 커서, 일 예로서 60 rpm 회전 속도를 취하면, 시계방향으로 회전하기 위해 3s를 취할 것이고, 그 후 또 다른 3s가 시계방향으로 회전할 것이다. 그 후, 하나의 주기적 사이클은 6s를 취한다. N이 더 크면, 주기 사이클 시간은 더 클 것이고, 따라서 상기한 극적인 변경에 의한 교반은 약화된다.
일 실시예에서, 회전 액추에이터의 회전 속도를 120 rpm 미만이 되도록 제어한다.
전술한 본 발명의 모든 실시예는 기판 상의 패턴 구조체에서 균일한 금속 증착을 얻기 위해 무전해 도금에 적합하다.
전술한 본 발명의 모든 실시예는 또한 균일한 프로파일을 얻기 위해 기판 상의 금속을 전기적으로 제거하는데 적합하다.
본 발명의 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 본 발명을 개시된 정확한 형태로 철저하거나 제한하는 것으로 의도되지 않으며, 분명히 많은 수정 및 변형이 상기 교시에 비추어 가능하다. 당업자에게 명백할 수 있는 이러한 변형 및 변형은 첨부된 청구항에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (40)

  1. 패턴 구조체를 갖는 기판 상의 금속 증착을 위한 도금 장치에 있어서,
    전해액을 수용하도록 구성된 도금조;
    기판을 유지하도록 구성된 기판 유지 모듈; 및
    상기 기판이 도금될 전해액 내로 침지되는 동안 상기 기판과 함께 상기 기판 유지 모듈을 수평으로 진동 및/또는 수직으로 진동하게 구동하도록 구성된 적어도 하나의 구동 장치
    를 포함하는,
    도금 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구동 장치는 모터, 실린더 또는 진동기인,
    도금 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판 유지 모듈은 상기 기판을 수평으로 유지하는,
    도금 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판 유지 모듈은 상기 기판을 수직으로 유지하고, 상기 기판 유지 모듈 및 상기 기판은 상기 전해액에 수직으로 침지되는,
    도금 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전해액은 유속(V2)을 갖고, 상기 적어도 하나의 구동 장치는 상기 기판뿐만 아니라 상기 기판 유지 모듈을 구동하여 진동 속도(V1)로 진동하고, 상기 V1은 0.2V2 이상인,
    도금 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 진동 플레이트를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 구동 장치는 상기 적어도 하나의 진동 플레이트의 고유 진동수로 진동 또는 공진하도록 상기 기판 유지 모듈을 구동하도록 구성되는,
    도금 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    장착 플레이트, 지지 페데스탈을 더 포함하고, 상기 기판 유지 모듈은 브래킷을 더 포함하고, 상기 진동 플레이트의 일 단부는 상기 브래킷에 연결되고, 상기 진동 플레이트의 다른 단부는 상기 장착 플레이트에 연결되고, 상기 장착 플레이트는 상기 지지 페데스탈 상에 배치되는,
    도금 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 장착 플레이트는 상기 지지 페데스탈을 따라 상하로 이동할 수 있는,
    도금 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 구동 장치는 상기 브래킷 상에 배치되고, 상기 구동 장치는 진동기인,
    도금 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 기판 유지 모듈이 진동하도록 구동되는 동안 상기 기판 유지 모듈의 진폭을 제한하도록 구성되는 한 쌍의 제한 정지 부재를 더 포함하는,
    도금 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제한 정지 부재는 상기 브래킷 상에 배치되고 상기 진동 플레이트의 양측부에 각각 위치되거나, 또는 상기 한 쌍의 제한 정지 부재는 상기 장착 플레이트 상에 배치되고 상기 진동 플레이트의 양측부에 각각 위치되는,
    도금 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 구동 장치는 한 쌍의 모터 또는 실린더이고, 상기 한 쌍의 모터 또는 실린더는 상기 브래킷 상에 배치되고 상기 진동 플레이트의 양측부에 각각 위치되거나, 또는 상기 한 쌍의 모터 또는 실린더는 상기 장착 플레이트 상에 배치되고 상기 진동 플레이트의 양측부에 각각 위치되는,
    도금 장치.
  13. 제6항에 있어서,
    장착 플레이트, 지지 페데스탈을 더 포함하고, 상기 기판 유지 모듈은 고정 장치, 브래킷을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 진동 플레이트는 한 쌍의 진동 플레이트를 포함하고, 상기 브래킷은 한 쌍의 아암 및 베이스부를 가지며, 상기 브래킷의 한 쌍의 아암은 상기 고정 장치의 양측부에 배치되고 상기 한 쌍의 진동 플레이트에 각각 연결되고, 상기 한 쌍의 진동 플레이트는 상기 고정 장치의 양측부에 연결되고, 상기 브래킷의 베이스부는 상기 장착 플레이트에 연결되고, 상기 장착 플레이트는 상기 지지 페데스탈 상에 배치되는,
    도금 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 장착 플레이트는 상기 지지 페데스탈을 따라 상하로 이동할 수 있는,
    도금 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 기판 유지 모듈은 수직 연결 부재, 수평 연결 부재, 탄성 연결 부재 및 프레임을 더 포함하고, 상기 수직 연결 부재는 상기 브래킷의 베이스부 및 상기 수평 연결 부재에 연결되고, 상기 수평 연결 부재는 상기 탄성 연결 부재에 연결되고, 상기 탄성 연결 부재는 상기 프레임에 연결되며, 상기 프레임은 상기 고정 장치 상에 고정되는,
    도금 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 구동 장치는 상기 고정 장치 상에 배치되고, 상기 구동 장치는 진동기인,
    도금 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 구동 장치는 상기 수평 연결 부재 상에 배치되고, 상기 구동 장치는 모터 또는 실린더인,
    도금 장치.
  18. 제6항에 있어서,
    장착 플레이트, 지지 페데스탈을 더 포함하고, 상기 기판 유지 모듈은 고정 장치를 더 포함하고, 상기 진동 플레이트는 상기 고정 장치 및 상기 장착 플레이트의 측부에 연결되고, 상기 장착 플레이트는 상기 지지 페데스탈 상에 배치되고, 상기 구동 장치는 상기 기판 유지 모듈이 수직으로 진동하기 위해 상기 지지 페데스탈을 따라 상하로 이동하도록 상기 장착 플레이트를 구동하는 수직 액추에이터인,
    도금 장치.
  19. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 진동 플레이트는 제1 진동 플레이트 및 한 쌍의 제2 진동 플레이트를 포함하고, 상기 적어도 하나의 구동 장치는 제1 구동 장치 및 제2 구동 장치를 포함하고, 상기 제1 구동 장치는 상기 제1 진동 플레이트의 고유 진동수로 수평으로 진동 또는 공진하도록 상기 기판 유지 모듈을 구동하게 구성되고, 상기 제2 구동 장치는 상기 한 쌍의 제2 진동 플레이트의 고유 진동수로 수직으로 진동 또는 공진하도록 상기 기판 유지 모듈을 구동하게 구성되는,
    도금 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 구동 장치는 수직 액추에이터인,
    도금 장치.
  21. 제6항에 있어서,
    상기 기판을 회전하게 구동하도록 구성되는 회전 액추에이터를 더 포함하는,
    도금 장치.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 기판 유지 모듈은 연결 플레이트, 회전 액추에이터, 샤프트, 베어링 및 한 쌍의 탄성 부재에 고정된 기판 홀더를 더 포함하고, 상기 기판 홀더는 기판을 유지하도록 구성되고, 상기 샤프트의 일 단부는 상기 회전 액추에이터에 연결되고, 상기 샤프트의 다른 단부는 상기 베어링에 의해 상기 연결 플레이트에 연결되고, 상기 한 쌍의 탄성 부재는 상기 샤프트 및 상기 연결 플레이트에 연결되고, 상기 회전 액추에이터는 상기 샤프트를 회전하게 구동하여 상기 기판 홀더가 회전 속도(w1)로 회전하게 하는 한편, 상기 기판 홀더가 도금을 위해 회전하고, 상기 구동 장치는 상기 기판 홀더를 회전 속도(w2)로 시계방향으로 회전시키고 반시계방향으로 회전시키도록 구동하는,
    도금 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    w2 > w1인,
    도금 장치.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 기판 유지 모듈의 진동 주파수는 0.1Hz 내지 500Hz로 설정되는,
    도금 장치.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 기판 유지 모듈의 진폭은 상기 기판 상의 패턴 구조체의 크기보다 큰,
    도금 장치.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 기판 유지 모듈의 진폭은 25㎛ 내지 2000㎛로 설정되는,
    도금 장치.
  27. 패턴 구조체를 갖는 기판 상의 금속 증착을 위한 도금 방법에 있어서,
    기판 유지 모듈에 기판을 로딩하여 상기 기판 유지 모듈에 의해 유지되게 하는 단계;
    상기 기판을 도금조 내에 수용되는 전해액에 침지시키는 단계; 및
    상기 기판이 도금될 전해액 내로 침지되는 동안 상기 기판과 함께 상기 기판 유지 모듈을 수평으로 진동 및/또는 수직으로 진동시키는 단계
    를 포함하는,
    도금 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 기판은 상기 기판 유지 모듈에 의해 수평으로 유지되는,
    도금 방법.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 기판은 상기 기판 유지 모듈에 의해 수직으로 유지되고, 상기 기판 유지 모듈 및 상기 기판은 상기 전해액 내로 수직으로 침지되는,
    도금 방법.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 전해액은 유속(V2)을 갖고, 상기 기판뿐만 아니라 상기 기판 유지 모듈은 진동 속도(V1)로 진동하도록 구동되고, 상기 V1은 0.2V2 이상인,
    도금 방법.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 기판 유지 모듈의 진동 주파수는 0.1Hz 내지 500Hz로 설정되는,
    도금 방법.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 기판 유지 모듈의 진폭은 상기 기판 상의 패턴 구조체의 크기보다 큰,
    도금 방법.
  33. 제27항에 있어서,
    상기 기판 유지 모듈의 진폭은 25㎛ 내지 2000㎛로 설정되는,
    도금 방법.
  34. 제27항에 있어서,
    상기 기판이 도금될 전해액 내로 침지되는 동안 상기 기판이 회전하도록 구동하는 단계를 더 포함하는,
    도금 방법.
  35. 패턴 구조체를 갖는 기판 상의 금속 증착을 위한 도금 장치에 있어서,
    전해액을 수용하도록 구성된 도금조;
    기판을 유지하도록 구성된 기판 유지 모듈;
    상기 기판과 함께 상기 기판 유지 모듈을 회전하게 구동하도록 구성된 회전 액추에이터; 및
    상기 회전 액추에이터가 N 턴을 회전한 다음, N 턴을 역으로 회전하게 제어하도록 구성된 제어기
    를 포함하고,
    상기 N 턴은 다수의 사이클에 대해 교대로 인가되고, N은 3.0 이하인,
    도금 장치.
  36. 제35항에 있어서,
    N은 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 및 3.0인,
    도금 장치.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 회전 액추에이터의 회전 속도는 120 rpm 미만인,
    도금 장치.
  38. 패턴 구조체를 갖는 기판 상의 금속 증착을 위한 도금 방법에 있어서,
    기판 유지 모듈에 기판을 로딩하여 상기 기판 유지 모듈에 의해 유지되게 하는 단계;
    상기 기판을 도금조 내에 수용되는 전해액에 침지시키는 단계; 및
    상기 기판이 도금될 전해액 내로 침지되는 동안 상기 기판과 함께 상기 기판 유지 모듈을 회전 액추에이터에 의해 회전하게 구동하는 단계
    상기 회전 액추에이터를 N 턴으로 회전한 다음, N 턴으로 역으로 회전하게 제어하는 단계
    를 포함하고,
    상기 N 턴은 다수의 사이클에 대해 교대로 인가되고, N은 3.0 이하인,
    도금 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    N은 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 및 3.0인,
    도금 방법.
  40. 제38항에 있어서,
    상기 회전 액추에이터의 회전 속도는 120 rpm 미만인,
    도금 방법.
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